近年来我国城市轨道交通发展迅速,越来越多的城市开始规划轨道交通线网,因此对于城市轨道交通线网结构的研究具有十分重要的意义。本文选取世界上40个城市的轨道交通线网作为研究样本,运用图论理论和复杂网络理论从宏观和微观两个角度对轨道交通线网形态特征进行了定量化分析。包括以下主要工作：(1)选取40个样本线网,建立了样本线网的拓扑结构模型。(2)线网形态宏观特征分析。利用延伸性指标、复杂度和连通度分别对线网的发展模式和发展程度进行了分析,结果表明：存在优先区域通达和优先中心覆盖两种发展模式,并最终发展成为整合型线网;线网发展程度可以划分为初步发展、网络成型和网络成熟三个阶段。(3)线网形态微观特征分析。运用复杂网络理论对线网结构的复杂性进行了分析,结果表明：线网实体结构模型Space-L模型具有无标度特性和小的平均路径长度,运营结构模型Space-P模型既具有无标度特性又具有小世界特性。并得出了线网结构复杂性的演化规律以及影响结构效率的因素。(4)北京市轨道交通线网形态分析。对北京市2012年线网和2015年规划线网进行了对比分析,着重分析了线网形态特征的演化过程；同时对2015年规划线网进行了评价并提出了优化建议。